pthread_cond_wait()用法分析

来源：互联网发布：电商用户数据价格编辑：程序博客网时间：2024/05/16 09:54

很久没看APUE，今天一位朋友问道关于一个mutex的问题，又翻到了以前讨论过的东西，为了不让自己忘记，把曾经的东西总结一下。
先大体看下网上很多地方都有的关于pthread_cond_wait()的说明：

条件变量

条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

1．创建和注销

条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER

动态方式调用pthread_cond_init()函数，API定义如下：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)

尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在LinuxThreads中没有实现，因此cond_attr值通常为NULL，且被忽略。

注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回EBUSY。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

2．等待和激发

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)

等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。

无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（Race Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。

激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。

现在来看一段典型的应用：看注释即可。

#include <pthread.h>#include <unistd.h>static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;struct node {int n_number;struct node *n_next;} *head = NULL;/*[thread_func]*/static void cleanup_handler(void *arg){    printf("Cleanup handler of second thread./n");    free(arg);    (void)pthread_mutex_unlock(&mtx);}static void *thread_func(void *arg){    struct node *p = NULL;    pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);    while (1) {    pthread_mutex_lock(&mtx);           //这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性    while (head == NULL)   {               //这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait        pthread_cond_wait(&cond, &mtx);         // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒（大多数情况下是等待的条件成立而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源                                                //用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/    }        p = head;        head = head->n_next;        printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);        free(p);        pthread_mutex_unlock(&mtx);             //临界区数据操作完毕，释放互斥锁    }    pthread_cleanup_pop(0);    return 0;}int main(void){    pthread_t tid;    int i;    struct node *p;    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);   //子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大    /*[tx6-main]*/    for (i = 0; i < 10; i++) {        p = malloc(sizeof(struct node));        p->n_number = i;        pthread_mutex_lock(&mtx);             //需要操作head这个临界资源，先加锁，        p->n_next = head;        head = p;        pthread_cond_signal(&cond);        pthread_mutex_unlock(&mtx);           //解锁        sleep(1);    }    printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");    pthread_cancel(tid);             //关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。关于取消点的信息，有兴趣可以google,这里不多说了    pthread_join(tid, NULL);    printf("All done -- exiting/n");    return 0;}

pthread_cond_signal函数的作用是发送一个信号给另外一个正在处于阻塞等待状态的线程,使其脱离阻塞状态,继续执行.如果没有线程处在阻塞等待状态,pthread_cond_signal也会成功返回。

但使用pthread_cond_signal不会有“惊群现象”产生，他最多只给一个线程发信号。假如有多个线程正在阻塞等待着这个条件变量的话，那么是根据各等待线程优先级的高低确定哪个线程接收到信号开始继续执行。如果各线程优先级相同，则根据等待时间的长短来确定哪个线程获得信号。但无论如何一个pthread_cond_signal调用最多发信一次。

另外，互斥量的作用一般是用于对某个资源进行互斥性的存取,很多时候是用来保证操作是一个原子性的操作，是不可中断的。

用法：

pthread_cond_wait必须放在pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock之间，因为他要根据共享变量的状态来觉得是否要等待，而为了不永远等待下去所以必须要在lock/unlock队中

共享变量的状态改变必须遵守lock/unlock的规则

pthread_cond_signal即可以放在pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock之间，也可以放在pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock之后，但是各有有缺点。

之间：

pthread_mutex_lock

xxxxxxx

pthread_cond_signal

pthread_mutex_unlock

缺点：在某下线程的实现中，会造成等待线程从内核中唤醒（由于cond_signal)然后又回到内核空间（因为cond_wait返回后会有原子加锁的行为），所以一来一回会有性能的问题。但是在LinuxThreads或者NPTL里面，就不会有这个问题，因为在Linux 线程中，有两个队列，分别是cond_wait队列和mutex_lock队列， cond_signal只是让线程从cond_wait队列移到mutex_lock队列，而不用返回到用户空间，不会有性能的损耗。

所以在Linux中推荐使用这种模式。

之后：

pthread_mutex_lock

xxxxxxx

pthread_mutex_unlock

pthread_cond_signal

优点：不会出现之前说的那个潜在的性能损耗，因为在signal之前就已经释放锁了

缺点：如果unlock和signal之前，有个低优先级的线程正在mutex上等待的话，那么这个低优先级的线程就会抢占高优先级的线程（cond_wait的线程)，而这在上面的放中间的模式下是不会出现的。

所以，在Linux下最好pthread_cond_signal放中间，但从编程规则上说，其他两种都可以

http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4535920